Il viscosimetro e il suo ruolo nell'industria alimentare e delle bevande

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La viscosità gioca un ruolo decisivo nella scienza alimentare e nell'industria alimentare. Questo parametro è fondamentale nel controllo di qualità e nella progettazione del processo, in quanto influisce, tra l'altro, su operazioni quali l'agitazione e l'omogeneizzazione, il pompaggio e il confezionamento.1 È anche un fattore fondamentale che influenza il consumo alimentare, poiché è caratteristico della consistenza del cibo,2 e gioca un ruolo importante nella percezione del sapore. e anche con implicazioni sulla salute e sulla sicurezza in processi come la deglutizione e la digestione.3

Definizione viscosa

Cos'è un viscosimetro?

Come funziona un viscosimetro?

Tipi comuni di viscosimetri - Viscosimetri capillari e tazze di flusso (viscosimetri a orifizio) - Viscosimetri a pistone cadente - Viscosimetri a sfera cadente/viscosimetri a sfera rotolante - Viscosimetri rotazionali - Viscosimetri a vibrazione e viscosimetri a oscillazione - Altri tipi di strumenti

Usi della viscometria nell'industria alimentare e delle bevande

In questo articolo considereremo cos'è la viscosità, come viene misurata e le applicazioni della viscosità nell'industria alimentare e delle bevande.

Quando viene applicata una forza o uno stress a un fluido, questo scorre, provocando un attrito interno che resiste al flusso. Pertanto la viscosità è definita come l'attrito interno di un fluido, o in altre parole, la sua capacità di resistere al flusso.

Considerando un fluido come un numero di strati laminari, la formula che descrive la viscosità è semplice, essendo rappresentata in centipois (cP) o Pascal secondi (Pa s):

Lo sforzo di taglio è la forza per area necessaria per spostare uno strato laminare di fluido, mentre la velocità di taglio è la relazione di velocità tra due strati laminari di fluido. Ciò è valido solo per i fluidi newtoniani, dove ad una certa temperatura la viscosità rimarrebbe costante in funzione delle variazioni della velocità di taglio (ad esempio, l'acqua). Tuttavia, la maggior parte dei fluidi non si comporta in questo modo, essendo detti non newtoniani, e per misurarne la viscosità sono necessarie considerazioni diverse. Per una comprensione più approfondita di questi fenomeni e delle loro implicazioni, si consiglia una lettura aggiuntiva.1

In termini pratici, un fluido con una viscosità maggiore scorrerebbe più lentamente e apparirebbe più denso di un fluido con una viscosità inferiore (Figura 1). Questa proprietà dipende fortemente dalle caratteristiche intrinseche di un materiale come composizione molecolare, concentrazione di soluto, organizzazione strutturale e densità. Inoltre, la viscosità non dovrebbe essere percepita come un valore assoluto, ma piuttosto come una funzione di fattori esterni come temperatura, taglio e pressione, che influenzano la viscosità e, quindi, le proprietà tecnologiche e organolettiche di un prodotto alimentare.

Figura 1: Confronto del flusso di un fluido ad alta viscosità (a sinistra) e di un fluido a bassa viscosità (a destra) alla stessa temperatura.

Un viscosimetro, o viscosimetro, è qualsiasi strumento utilizzato per misurare la viscosità di un fluido.4 Questi tipi di strumenti misurano la viscosità solo in una condizione di flusso, contrariamente ad altre classi di strumenti che sono in grado di determinare la viscosità in condizioni di flusso variabili, chiamati reometri . Sebbene i viscosimetri siano considerati meno versatili e precisi, sono più economici, portatili, più facili da utilizzare e forniscono determinazioni più rapide, rendendoli la prima scelta nelle applicazioni di produzione e controllo qualità.5

Le determinazioni della viscosità possono essere eseguite in base a numerosi metodi, in cui l'oggetto da misurare rimane fermo e il fluido lo attraversa, oppure il fluido è fermo e l'oggetto da misurare si muove attraverso di esso. In entrambi i casi, le condizioni di flusso devono essere mantenute in regime laminare.6 Il movimento relativo tra il fluido e le superfici dell'oggetto da misurare provoca resistenza, consentendo la misurazione della viscosità. In base al movimento relativo e alla geometria dell'apparecchiatura, è possibile definire diversi tipi di viscosimetri, nonché la loro precisione e le applicazioni target. Considerando le diverse metodologie di viscometria, esistono due modi distinti per esprimere la viscosità, la viscosità assoluta o la viscosità cinematica. La viscosità assoluta o dinamica è determinata osservando la resistenza del fluido al flusso sotto una forza esterna controllata, mentre la viscosità cinematica è determinata osservando il flusso del fluido sotto l'azione della gravità.1 Questi due modi di esprimere la viscosità possono essere interconvertiti considerando il densità del fluido, moltiplicando la viscosità cinematica per la densità del fluido per ottenere la viscosità assoluta, oppure dividendo la viscosità assoluta per la densità per ottenere la viscosità cinematica.